GAMES202.闫令琪.01.课程介绍

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课程介绍、概览、高质量实时渲染、历史、重要技术
  • https://www.bilibili.com/video/BV1YK4y1T7yY
  • Introduction and Overview

高质量实时渲染

  • Real-Time High Quality Rendering
    • Real-Time
    • High Quality
    • Rendering

高质量实时渲染概念

Real-Time

  • 一般：30 FPS
    • frames per second
  • 虚拟现实 / 增强现实
    • Virtual / Augmented Reality
    • VR / AR
    • 90 FPS
  • Interactivity：可以接受的交互速度
    • 互动性
    • Each frame generated on the fly

High Quality

  • 真实感
    • 高额的计算代价
    • trade off：高质量，实时
  • 要求
    • 渲染结果是正确的
    • 近似正确的
      • 可以接受

Rendering

  • 渲染

话题

  • 实时阴影/环境光照
    • Shadows (and env)
  • 实时全局光照
    • Global Illum. (Scene/image space, precomputed)
  • 实时高质量着色
    • Physically based Shading
  • 实时光线追踪
    • Real-time ray tracing
  • 参与介质渲染
    • Participating Media Rendering
  • 非真实感渲染
    • Non-Photorealistic Rendering
    • 艺术效果
  • 反走样与超采样
    • Antialiasing and supersampling
    • TAA：时间上的反走样
    • DLSS：深度学习方法超采样
    • TAAU
  • 游戏引擎
    • 工程性的东西
      • 原理在学术界比较简单
      • 但是实现这样一个系统非常难
    • 实时渲染很大程度上是由游戏需求推动的

不会涉及的内容

  • 建模与引擎使用
  • 离线渲染
  • neural rendering
    • 神经网络
    • 做不到 high quality
    • 做不到 real-time
  • scene / shader 优化
  • shader 逆向工程
  • 高性能计算

科学与技术

  • science != technology
  • Real-time rendering = fast & approximate offline rendering + systematic engineering
    • 实时渲染 = 离线渲染的近似 + 系统的工程
  • 实时渲染的技术：工业界远高于学术界
    • 例如游戏公司可能最早发现游戏渲染中存在的问题

Computer Graphics is AWESOME!

实时渲染的动机

  • photorealistic images
    • 照片级真实感
  • 离线渲染很慢
  • 实时渲染做一些近似，得到可以接受的结果
    • With proper approximations, we can generate plausible results but runs much faster

实时渲染的发展史

  • Interactive 3D graphics pipeline as in OpenGL
    • Earliest SGI machines (Clark 82) to today
    • Most of focus on more geometry, texture mapping
    • Some tweaks for realism (shadow mapping, accum. buffer)
  • 20 years ago
    • Interactive 3D geometry with simple texture mapping, fake shadows (OpenGL, DirectX)
  • 20 -> 10 years ago
    • A giant leap since the emergence of programmable shaders (2000)
      • 可编程渲染管线被研究出来之后，得到了飞速的发展
    • Complex environment lighting, real materials (velvet, satin, paints), soft shadows
    • 游戏渲染中还存在的一些问题
      • dark：整个场景不够明亮
      • oily：油，高光部分不真实
  • Today
    • "Stunning graphics"
    • Extended to Virtual Reality (VR) and even movies
      • 用实时渲染的技术去做原来要用离线渲染制作的电影
    • 可以看一些游戏引擎的宣传片

重要技术

  • Programmable graphics hardware (shaders) (20 years ago)
    • 可编程渲染管线

  • Precomputation-based methods (15 years ago)
    • 预先计算，复杂的计算在渲染之前
    • 存储上的代价
  • Interactive Ray Tracing (8-10 years ago: CUDA + OptiX)
    • 交互级的光线追踪
    • Hardware development allows ray tracing on GPUs at low sampling rates
      • (~1 samples per pixel (SPP))
    • Followed by post processing to denoise